Способ испытания шнекоцентробежного насоса

 

Назначение: энергетика и гидравлика, в частности определение гидродинамических характеристик шнекоцентробежного насоса. Сущность изобретения: на стенде с отключенным проточным ресивером (Р) снимают напорные и кавитационные характеристики испытуемого насоса (Н), определяют действительный диапазон изменения давления на входе в Н и его расхода, которые принимают в качестве режимных параметров, где происходят кавитационные автоколебания, и сравнивают его с заданным диапазоном изменения этих параметров. При несовпадении указанных диапазонов подключают Р к рассечке подводящего трубопровода, причем расстояние от входа в Н до места подключения Р устанавливают с учетом несовпадения диапазонов режимных параметров. После этого последовательно снимают кавитационные и напорные характеристики Н, регистрируют кавитационные автоколебания и определяют объем кавитационных каверн в заданном диапазоне изменения режимных параметров. 6 ил.

Изобретение относится к энергетике и гидравлике и может быть использовано при определении динамических характеристик лопастных насосов, например, для определения зависимости напора шнекоцентробежного насоса от суммарного объема кавитационных каверн в его проточных каналах, при оценке устойчивости насосной системы по отношению к кавитационным автоколебаниям и др.

Исследования динамических процессов в гидравлических системах с лопастными насосами показывают, что кратковременные "провалы" входного давления до величины даже меньшей давления кавита- ционного срыва не приводят к адекватному "провалу" давления на выходе из насоса в соответствии с его кавитационной характеристикой. Минимум давления на выходе из насоса в этом случае будет исключительно при максимальном объеме кавитационных каверн в межлопастных каналах исследуемого насоса. В связи с этим при описании динамики кавитационных срывов напора насоса необходимо пользоваться зависимостью напора насоса от суммарного объема кавитационных каверн, так называемой кавитационной функцией.

Известен способ испытаний лопастных насосов, по которому исследуемый насос оснащают стендовыми питающим и напорным трубопроводами, расходной емкостью и сепаратором-успокоителем (на питающем трубопроводе), которые замыкают герметично. Этот способ испытаний позволяет определять напорные и кавитационные характеристики испытываемого насоса [1].

К недостаткам этого способа следует отнести невозможность определения динамических характеристик гидросистемы с насосом. Трубопроводы, которые применяют для осуществления этого известного способа, отличаются по своим характеристикам от тех трубопроводов, с которыми насос работает в натурных условиях. В связи с этим динамические свойства гидросистем со шнекоцентробежным насосом, такие как входной импеданс, устойчивость работы по отношению к кавитационным колебаниям и другие, не могут быть определены во время стендовых испытаний по этому известному способу.

Известен способ испытаний шнекоцентробежного насоса, состоящий в том, что испытания шнекоцентробежного насоса проводят на стенде с проточным ресивером, подключенным к рассечке подводящего трубопровода на определенном расстоянии от входа в насос. Этот способ испытаний также включает последовательное снятие кавитационных и напорных характеристик, регистрацию кавитационных автоколебаний и определение объема кавитационных каверн в заданном диапазоне изменений режимных параметров. В качестве режимных параметров выбирают давление на входе в насос и его расход [2].

Этот способ позволяет получить дополнительную информацию о динамических свойствах гидросистемы со шнекоцентробежным насосом, в частности, входной импеданс насоса, оценить границы устойчивости работы гидросистемы по отношению к кавитационным автоколебаниям, а также определить зависимость объемов кавитационных каверн в межлопастных каналах шнекоцентробежного насоса от режимных параметров. Этот способ также не лишен недостатков, при его использовании наблюдаются большие затраты рабочего времени. При проведении испытаний шнекоцентробежных насосов по этому способу такую важную информацию, как зависимость напора насоса от суммарного объема кавитационных каверн, определяют только на тех режимах работы насоса, где наблюдаются кавитационные автоколебания.

Целью изобретения является повышение точности и уменьшения продолжительности испытаний.

Поставленная цель достигается тем, что испытания шнекоцентробежного насоса на стенде проводят с проточным ресивером, подключенным к рассечке подводящего трубопровода на определенном расстоянии от входа насоса. Процесс испытаний включает последовательное снятие кавитационных и напорных характеристик, регистрацию кавитационных автоколебаний и определение объема кавитационных каверн в заданном диапазоне изменения режимных параметров. В качестве режимных параметров выбирают давление на входе в насос и его расход. Отличительные признаки предложенного способа состоят в том, что перед снятием характеристик насоса ресивер отключают и определяют действительный диапазон изменения режимных параметров насоса, в котором наблюдаются кавитационные автоколебания. Далее полученный диапазон существования кавитационных автоколебаний сравнивают с заданным и при несовпадении диапазонов подключают ресивер к подводящему трубопроводу насоса. Расстояние от входа в насос до места подключения ресивера устанавливают с учетом несовпадения диапазонов режимных параметров.

На фиг. 1 помещена гидравлическая схема стенда для испытания насосов, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 и 3 - соответственно семейства кавитационных и напорных характеристик исследуемого насоса; на фиг. 4 - границы области неустойчивой работы насоса по отношению к кавитационным автоколебаниям при выключенном проточном ресивере; на фиг. 5 - то же, после подключения ресивера к подводящему трубопроводу; на фиг. 6 - зависимости напора шнекоцентробежного насоса от суммарного объема кавитационных каверн и расхода одновременно.

Определяют зависимость Н(V_кΣ) напора Н шнекоцентробежного насоса от суммарного объема кавитационных каверн V_кΣ в его проточных трактах по результатам испытаний насоса по предлагаемому способу в заданном "квадрате" изменений расхода Q=8-14 л/с и входного давления Р_вх=1-3 ата.

Объект испытаний: натурный шнекоцентробежный насос применяют в энергетике в качестве подкачивающего. При номинальном расходе Q=0,012 м³/с напор насоса составляет Н=8,5 МПа.

Испытания насоса проводятся на стенде (см. фиг. 1). Исследуемый насос 1 к коммуникациям стенда подсоединен подводящим 2 и напорным 3 трубопроводами. В насос 1 рабочая жидкость поступает из расходной емкости 4. Стенд оборудован проточным ресивером 5 с газовой подушкой 6. На первом этапе испытаний подводящий трубопровод 2 собирают без ресивера 5, т.е. длиной L, далее насос выводят на номинальное число оборотов и в заданном диапазоне изменений входного давления Р_вх и расхода Q через насос определяют кавитационные Н(Р_вх) и напорные Н(Q) характеристики (см. фиг. 2 и 3). На входном участке 7 подающего трубопровода 2 установлен быстродействующий датчик 8 для регистрации колебаний давления, обусловленных кавитационными явлениями. Благодаря этому в процессе определения кавитационных и напорных характеристик по показаниям датчика 8 построены границы области существования кавитационных автоколебаний. Эти границы в плоскости параметров "давление на входе Р_вх - расход через насос Q" помещены на фиг. 4. В соответствии с предлагаемым способом действительный диапазон изменений режимных параметров, в которых наблюдаются кавитационные автоколебания, контур диапазона обозначен позицией 9 (см. фиг. 4), теперь сравниваем с заданным диапазоном, а именно Р_вх=1-3 ата и Q=8-14 л/с. Как это наглядно видно на фиг. 4, указанные диапазоны не совпадают, неустойчивая работа гидросистема с насосом 1 по отношению к кавитационным автоколебаниям наблюдается в небольшом узком диапазоне изменений Р_вх и Q.

После этого к подводящему трубопроводу 2 подключают проточный ресивер 5. Между расходной емкостью 4 и ресивером 5 установлен участок трубопровода длиной l₁, а между ресивером 5 и исследуемым насосом 1 - участок 7 трубопровода длиной l₂. Этой операцией расширяют диапазон режимных параметров насоса 1, при которых в гидросистеме наблюдаются кавитационные автоколебания. Расстояние l₂ от входа в насос 1 до места подключения ресиверса 5 к подводящему трубопроводу 2 устанавливают с учетом несовпадения диапазонов режимных параметров, где наблюдаются кавитационные автоколебания и заданного диапазона. С уменьшением длины участка 7 трубопровода 2, т.е. длины l₂, область неустойчивой работы гидросистемы расширяется. Границы областей, приведенные на фиг. 4, получены при длине подводящего трубопровода 2 L=10,2 м. После подключения ресиверса 5 и обеспечения l₁=1,6 м область неустойчивой работы гидросистемы со шнекоцентробежным насосом 1 расширяется до размеров, приведенных на фиг. 5. В этом случае заданный диапазон 9 изменения режимных параметров смещается внутрь области, где наблюдаются кавитационные автоколебания, т. е. теперь в заданном диапазоне 9 изменений режимных параметров может быть определена искомая зависимость напора насоса 1 Н от суммарного объема кавитационных каверн V_кΣ в его проточных трактах.

Для построения зависимости Н(V_кΣ) воспользуемся известным алгоритмом. На фиг. 6 помещены зависимости напора исследуемого насоса от V_кΣ и расхода Q одновременно, т.е. Н(V_кΣ, Q), полученные в эксперименте. Эти зависимости использованы при расчетах, связанных с определением динамических характеристик гидросистем, содержащих шнекоцентробежные насосы. Так, например, можно заранее предсказать уменьшение величины напора насоса при переходных процессах или при возникновении кавитационных автоколебательных режимов работы насоса, а затем оценить функциональное состояние системы. Объем кавитационных каверн для этого можно определить по колебаниям расхода или радиоактивным плотномером.

Использование предлагаемого способа позволяет повысить точность и уменьшить продолжительность испытаний, а также расширить диапазон режимов работы насоса, при которых может быть определена кавитационная функция - зависимость напора насоса от суммарного объема кавитационных каверн в его межлопастных каналах. Все ранее известные кавитационные функции были функцией одной переменной, а именно суммарного объема кавитационных каверн. Предлагаемый способ благодаря повышению точности испытаний дает возможность определить кавитационную функцию как функцию двух переменных - суммарного объема кавитационных каверн и расхода через насос. При проведении испытаний шнекоцентробежных насосов по предлагаемому способу отпадает необходимость в применении быстродействующих датчиков для измерения колебаний расхода рабочей жидкости. Это сокращает продолжительность испытаний.

Формула изобретения

СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ШНЕКОЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА на стенде с проточным ресивером, подключенным к рассечке подводящего трубопровода на определенном расстоянии от входа насоса, включающий последовательное снятие кавитационных характеристик и напорных характеристик, регистрацию кавитационных автоколебаний и определение объема кавитационных каверн в заданном диапазоне изменения режимных параметров, в качестве которых выбирают давление на входе в насос и его расход, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и уменьшения продолжительности испытаний, перед снятием характеристик отключают ресивер, определяют действительный диапазон изменения режимных параметров, в котором происходят кавитационные автоколебания, сравнивают его с заданным диапазоном и при несовпадении подключают ресивер к подводящему трубопроводу, причем расстояние от входа в насос до места подключения ресивера устанавливают с учетом несовпадения диапазонов режимных параметров.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6